Antriebseinrichtung für ans einer Einphasenfahrleitung mit Mehrphaseni_nduktio_ ns- motoren angetriebene elektrische Eisenbahnen. In dem Patent Nr. 98421 ist eine Ein richtung angegeben, bei .der ein Wechsel- stromin.dukti,onsmotor durch Vermittlung eines mit Gleichstrom erregten Synchron phasenumformers gespeist wird, dessen Pri märwicklung eine so hohe Selbstinduktion besitzt, dass durch Regelung der Erregung des Phasenumformers die den Motor spei sende Sekundärspannung des Phasenumfor mers geändert werden kann,
ohne dass die Änderung der Sekundärspannung auf die Spannung des Primärstromkreises des Pha senumformers merklich rückwirkt. Wird die die Klemmenspannung des Induktionsmotors bildende Sekundärspannung des Phasenum formers bei veränderlicher Belastung derart geändert, dass das Verhältnis des Quadrates der Klemmenspannung zur jeweiligen Bela stung praktiseh gleichbleibt, so wirkt, wie dies mit Bezug auf Fig. Ja und 6 der Patent schrift Nr.
98421 erläutert worden ist, falls man die Grösse der Selbstinduktion des pri mären Stromkreises des Phasenumformers ge eignet wählt, das konstante Verhältnis des Quadrates der Klemmenspannung des 'Motors zur jeweiligen Belastung. derart auf dem Lei stungsfaktor des primären Stromkreises des Phasenumformers zurück, dass\ während im sekundären Stromkreis des Phasenumförmers eine dem guten Wirkungsgrad des Motors entsprechende verhältnismässig gröle Phasen verschiebung herrscht,
der Leistungsfaktor im primären Stromkreis über den ganzen Be_ lästungsbereich des Motors nur wenig von der Einheit abweicht. Die Aufrechterhaltung des guten Leistungsfaktors im primären Strom kreis über den ganzen Belastungsbereich des Induktionsmotors kann gemäss der in dem Patent Nr. 98421 angegebenen Einrichtung praktisch nur durch eine verhältnismässig komplizierte selbsttätige Regelung der Er rei gung des Phasenumformers erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nun, die gleiche Wirkung, insbesondere bei Bahnen, bei denen .der Betrieb überwiegend aus Beschleunigungen und Bremsungen be steht, mit äusserst einfachen Mitteln zu er reichen.- Gemäss der Erfindung sind an den sekun dären Stromkreis eines mit seiner Primär wicklung von der Fahrleitung gespeisten und mit regelbarer Gleichstromerregung ausge rüsteten Synchronphasenumformers Mehr phaseninduktionsmotoren angeschlossen, die einen unveränderlichen sekundären Wider stand, in praktischer Ausführung vorteilhaft einen Kurzschlussanker besitzen.
Die Erfindung beruht auf folgender Er kenntnis Wird ein Induktionsmotor beispielsweise mit Kurzschlussanker an die Stromquelle an geschlossen, so nimmt der Motor während des Stillstandes einen gewissen Wattstrom auf, der verhältnismässig wenig von den Höchst wert der während der Anlassperiode auftre tenden Wattaufnahme abweicht. Die Watt aufnahme steigt mit Zunahme der Umlaufs geschwindigkeit zunächst allmählich auf den Höchstwert, worauf bei weiterer Beschleuni gung bis zu der der normalen Betriebsschlüp- fung entsprechenden Umlaufszahl die Watt aufnahme allmählich unter ihrem Anfangs wert sinkt.
In Fig. 1 zeigt die Kurve I die Änderung der Wattaufnahme des Motors während des Anlassens mit einer Klemmen spannung e1, wobei die Abszissen die Schliip- fung vom Stillstande (100 % Schlüpfung) bis zum Synchronismus (0 % Schlüpfung) Lind die Ordinaten,. die bei den verschiedenen Schlüpfungen auftretende Wattstromauf- nahme bedeuten.
Die Kurve II zeigt,den Ver lauf der Wallaufnahme während des An lassens mit einer höheren Klemmspannung e2 und die Kurve III für den Fall, dass eine noch höhere Klemmenspannung e3 an den Motor gelegt wird.
Die strichpunktierten Wagrechten I', II', III' bedeuten die Durch schnittswerte der Wattaufnahme bei den ver schiedenen Klemmenspannungen ei. bezw. e2 bezw. e3 vom Stillstand bis zur normalen Betriebsumlanfszahl. Die Berechnung ergibt, dass, wenn das Anlassen eines Induktions motors mit unverändertem Sekundärwider- stand, also eines Motors mit gurzscblussanker unter Veränderung der Klemmenspannung erfolgt,
das Verhältnis der bei einer jeden Klemmenspannung eintretenden Wattauf nahme und des Quadrates der betreffenden Spannung für den gleichen Wert der Schlüp- fung konstant ist. Dies geht aus dem Hey- land-Diagramm (Fig. 4) hervor, in welchem E die Klemmenspannung des Motors, der Vektor J" den Leerlaufstrorn und der Vektor .1k den Kurzschlussstrom, der Winkel Sck die Phasenverschiebung des Kurzschlussstromes in bezug auf die Spannung E bedeutet.
Be kanntlich ist der Kurzschlussstrom Jk zu der jeweiligen Klemmenspannung E proportio nal, so dass bei der Änderung von E sich auch Jk und damit auch der Massstab des Dia- grammes proportional zu E ändert. Infolge dessen ist Jk=aE <I>wo a</I> ein Proportiona,litätsfaktor ist. J,o ist der Wattstrom für dessen Grösse aus dem Diagramm die Gleichung J, _ Jk C09 Cok hervorgeht.
Die Wattaufnahme TV ist gleich J" # <I>E.</I> Wenn E und Jk aus den obigen Gleichungen eingesetzt werden, so ergibt sich TY= Jk cos (-rk <I>.
E= a</I> E'. cos ck woraus
EMI0002.0077
Tritt also zum Beispiel für den Wert s der Schlüpfung bei einer Klemmenspannung e1 eine Wattaufnahme W1, bei einer Klem menspannung e2 eine Wattaufnahme W, und bei der Klemmenspannung e3 eine Wattauf nahme W3 ein, so ist bei gleicher Schlüp- fung
EMI0002.0086
Ebenso ist das Verhältnis der Durch schnittswerte I', II',
III' der Wattaufnahmen in den Anlassperioden und des Quadrates der für die betreffenden Durchschnittswerte gel tenden Klemmenspannungen annähernd kon stant; das heisst:
EMI0003.0001
Da nun die Durchschnittswerte der Watt aufnahmen für die ganze Anlassperiode, also für alle Schlüpfungen vom Stillstand. bis zur normalen Betriebsumlaufsgeschwindigkeit, gelten, so ist für die ganze Anlassperiode das Verhältnis zwischen der jeweiligen Wattauf nahme des Motors und dem Quadrate der der betreffenden Wattaufnahme entsprechenden Klemmenspannung annähernd konstant.
Ist aber durch Verknüpfung eines Induk tionsmotors mit unveränderlichem Sekundär widerstand und eines mit veränderlicher Gleichstromerregung ausgerüsteten Synchron phasenumformers die Bedingung erfüllt, dass im Sekundärstromkreis des Phasenumformers das Verhältnis -der Belastung und des Quadrates der Klemmenspannung zwangs weise konstant ist, so ergibt sich, dass falls die Selbstinduktion des primären Stromkreises des Phasenumformers, wie dies im Patent Nr.
98421 mit Bezug auf Fig. 6 nachgewiesen worden ist, eine be stimmte geeignete Grösse erhält, die Phasen verschiebung im Primärstromkreis des Pha senumformers bei dessen verschiedenen Erre gungen, also bei verschiedenen Belastungen des Motors, stets gering ist, so dass der Pha- senumformer im primären Stromkreis stets mit einem hohen Leistungsfaktor arbeitet.
Diese Verhältnisse treffen ohne weiteres zwar bloss für die Anlassperiode zu. Ist aber der Motor für den Antrieb einer Bahn be stimmt, beider .die Anlass- und Bremsperioden den überwiegenden Anteil des Betriebes bil den, so kann die Anlage im Durchschnitt mit einem sehr guten Leistungsfaktor arbeiten, da ja der hohe Leistungsfaktor gerade wäh rend der Anlassperiode eintritt, während bei Erreichung der Betriebsumlaufsgeschwindig- keit, wo der Leistungsfaktor niedrig wird, die Belastung klein ist.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Antriebseinrichtung in schematischer Darstellung; Fig. 3 ist eine weitere Ausbildung der Einrichtung nach Fig. 2.
1 ist die Fahrleitung von der die im Stän der des Synchronphasenumformers 3 ange ordnete einphasige Primärwicklung 2 durch den Stromabnehmer 4 Strom erhält, während das andere Ende der Primärwicklung bei 5 geerdet ist. 6 ist die gleichfalls im Ständer untergebrachte mehrphasige Sekundärwick lung des Phasenumformers, welche den Motor 7 speist.
Die Primärwicklung 2 des Phasen umformers befindet sich an einem grösseren Ha.Ibmesser als die Sekundärwicklung, und zwischen den beiden Wicklungen sind die magnetischen Nebenschlüsse 8 vorgesehen, um die Selbstinduktion der Primärwicklung zu vergrössern,. wie dies in dem Patent Nr. 98421 mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben worden ist. 9 ist .der umlaufende Feldmagnet des Syn- clironpha.senumformers, der von dem Gleich stromerzeuger 10 seine Erregung erhält.
In dem Erregerstromkreis befindet sich ein Re gelwiderstand 11, der mittelst eines Schalt hebels 12 geändert werden kann. Mittelst des Schalters 13 kann der Motor 7 an den Sekun därstromkreis .des Phasenumformers geschal tet werden. Der Motor 7 ist ein Induktions motor, dessen Sekundärstromkreis einen un veränderlichen Widerstand besitzt, so dass der Anker 14 als Kurzschlussanker ausge führt sein kann.
Beim Anlassen wird der Schalter 13 ge schlossen.
Durch Änderung der Erregung des Pha senumformers und der hiermit verbundenen Änderung der Klemmenspannung des Motors wird die Belastung und mit der Belastung die Zugkraft des Motors während der Anlass periode infolge der dem Kurzschlussanker- motor innewohnenden Eigenschaft im Ver hältnisse zum Quadrate der Spannung gere gelt und wird infolge,des bei einem bestimm ten Wert der Selbstinduktion des Primär stromkreises des Phasenumformers bestehen den, im Patent Nr. 98421 erläuterten Zu sammenhanges die Phasenverschiebung im Primärstromkreis . des Phasenumformers über die ganze Anla.ssperiode einen geringen Wert beibehalten.
Bei der in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausbildung erfolgt die Regelung des An lasswiderstandes 11 während der Anlass- periode selbsttätig, indem das Schaltglied 12 unter die Wirkung eines durch einen vom Belastungsstrom des Phasenumformers durch- flossenen Solenoids 15 gestellt ist, der beim Anwachsen der Stromaufnahme den Wider stand 11 allmählich kurzschliesst und beim Sinken der Stromaufnahme wieder ausschal tet,
wodurch ein sanftes Anlassen erzielt und die Erregung am Ende der Beschleunigung selbsttätig auf den günstigsten Wert einge stellt wird.
Mittelst des Fahrhebels 16 kann der Aus schlag des Schalthebels 12 und hiermit die Beschleunigung willkürlich begrenzt werden.
Ist der Motor 7 für verschiedenen- Pol zahlen umschaltbar eingerichtet, so muss un ter Umständen die Klemmenspannung der Polzahl entsprechend angepasst werden, was durch zwischen den Phasenumformer 3 und den Motor eingeschaltete, umschaltbare Wi derstände, Induktanzen oder Transformatoren 17 erzielt werden kann, die mittelst des Um schalters 13 beherrscht werden können, der auch zum Anschalten des Motors dient.
Die beschriebene Einrichtung ermöglicht den Betrieb von Bahnen mit einfachen und betriebssicheren Kurzschlussankerinduktions- motoren und dabei die Wahrung eines guten Leistungsfaktors trotz des häufigen Anlas- seis und Bremsens, wobei ausserdem das Bremsen unter Energierückspeicherung er folgen kann.